- •Введение
- •Принцип действия параболической антенны
- •Выбор геометрических размеров параболического зеркала
- •Выбор облучателя, и его расчет
- •3.1. Полуволновый вибратор с контррефлектором
- •3.2 Щелевой облучатель
- •6) Напряжения и электрического поля вдоль щелевой антенны.
- •4. Расчет диаграммы направленности антенны
- •Заключение
- •Список использованной литературы
3.2 Щелевой облучатель
Щелевая или дифракционная антенна представляет собой узкую щель, прорезанную в волноводе или объёмном резонаторе. Такие антенны находят применение в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн. В настоящее время антенны в виде узких полуволновых щелей, возбуждаемых токами, протекающими на внутренней поверхности стенок волноводов, или с помощью фидеров, широко применяются в технике войск связи и РТО ВВС.
Щелевой облучатель удобен при работе в наиболее короткой части сантиметрового диапазона ( см и ниже), так как конструкция его наиболее компактна и проста для работы в этом диапазоне. Щелевой облучатель можно защитить от атмосферных влияний, закрыв его излучающие отверстия полистироловыми пластинками. Этот вибратор можно использовать при частотах свыше , а зеркальную антенну можно использовать и в таком диапазоне. Щелевой вибратор представлен на рисунке 3.5. [2].
а) Горизонтальная поляризация; б) Вертикальная поляризация
Рисунок 3.5 Щелевой вибратор с горизонтальным и вертикальным расположением щелей.
Рассмотрим принцип работы щелевой антенны представим себе, что в тонкой безграничной проводящей поверхности вырезана прямоугольная щель (рисунок 3.6), длина которой , а ширина
К краям щели в её середине точки «а» и « » подключена двухпроводная линия, соединяющая её с генератором высокой частоты. Края щели можно рассматривать как двухпроводную короткозамкнутую линию, в середине которой включён источник переменного напряжения. По краям щели, как по кратчайшему пути от точки « » к точке « », потечёт ток, который имеет пучности на коротко-замкнутых концах линии и узлы в точках «а» и « », - ток будет распределён вдоль щели по синусоидальному закону (рисунок 3.6 а). Напряжение и электрическое поле будут распределены вдоль щели по косинусоидальному закону, как и вдоль двухпроводной короткозамкнутой линии, длиной ,(рисунок. 3.6 б). Токи смещения, возникающие в щели, продолжаются в виде токов проводимости в металлическом экране. [3].
Рисунок. 3.6 Распределение: а) тока ;
6) Напряжения и электрического поля вдоль щелевой антенны.
Для придания щелевой антенне одностороннего излучения ее, с одной стороны, закрывают объемным резонатором [2].
Одним из вариантов конструкции двухщелевого облучателя может быть выполнен в виде закрытого на концах Т-образного прямоугольного волновода. Для горизонтальной поляризации облучатель располагается, как показано на рисунке 3.7 для вертикальной поляризации поля.[3].
Рисунок 3.7 Щелевая антенна в безграничной проводящей плоскости.
1. Рекомендуется выбрать длину щели равной . Укорочение щели соответствует укорочению эквивалентного металлического вибратора.
2. При расчете согласования резонансной поперечной щели, прорезанной в широкой стенке прямоугольного волновода с волной Н10, принимаем, что волновод закорочен с одного конца, а другой конец в направлении от щели к генератору согласован или бесконечен. Расстояние от закороченного конца до оси щели принимается равным ( – длина волны в волноводе), так как в этом случае входное реактивное сопротивление этого участка обращается в нуль. Если резонансное сопротивление поперечной щели представить, как последовательное сопротивление в эквивалентной схеме, то условие согласования щели с волноводом можно записать как равенство последовательного сопротивления щели волновому сопротивлению волновода. Сопротивление поперечной щели, прорезанной симметрично относительно оси, нормированное к волновому сопротивлению волновода, выражается следующим образом:
Где – размеры широкой и узкой стенок волновода;
– длина волны генератора.
Поэтому условие согласования имеет вид:
Из равенства находят размер узкой стенки волновода при выбранном размере широкой стенки а. Согласование -образного волновода с питающим волноводом осуществляется экспериментальным путем при помощи сужения узкой стенки питающего волновода и изменения длины реактивного штыря, ввинчиваемого в торец -образного волновода на его широкой стенке по оси симметрии облучателя [1]
3. Расстояние между щелями выбирают из условия получения в вертикальной плоскости диаграммы направленности, мало отличающейся от формы диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. Выбранное из этого условия расстояние между щелями получается порядка . Для расположения щелей по (рисунку 3.8 а), диаграмму направленности двухщелевого облучателя в горизонтальной плоскости определяют из формулы:
Где – волновое число;
– расстояние между щелями;
– угол в горизонтальной плоскости, отсчитываемый от нормали к линии расположения щелей.
Диаграмма направленности двухщелевого облучателя в горизонтальной плоскости представлена (рисунке 3.8).
Рисунок 3.8 Диаграмма направленности двухщелевого облучателя в горизонтальной плоскости.
Диаграмму направленности в вертикальной плоскости в этом случае рассчитывают по формуле:
Где φ – угол в вертикальной плоскости, отсчитываемый от нормали к щели;
– поле в рассматриваемом направлении φ;
– поле в направлении максимального излучения (φ=0).
Диаграмма направленности двухщелевого облучателя в вертикальной плоскости представлена (рисунке 3.9).
Рисунок 3.9 Диаграмма направленности двухщелевого облучателя в вертикальной плоскости.
Для расположения щелей диаграмму направленности в горизонтальной плоскости определяют из формулы:
.
В результате диаграмма направленности двухщелевого облучателя в горизонтальной, изображенного на представлена на (рисунке 3.10).
Рисунок 3.10 Диаграмма направленности щелевого облучателя в горизонтальной плоскости.
Диаграмму направленности в вертикальной плоскости рассчитывают следующим образом:
.
где φ – угол в вертикальной плоскости, отсчитываемый от нормали к линии расположения щелей.
Данная диаграмма представлена на (рисунке 3.11).
Рисунок 3.11 Диаграмма направленности щелевого облучателя в вертикальной плоскости.
Для обеспечения синфазного щелей питания в обоих плечах поперечного волновода щели должны быть расположены симметрично относительно питающего волновода. Каждое плечо рассчитывается на половинную мощность.
В результате анализа двух типов вибраторов будет использоваться полуволновый вибратор с контррефлектором.